מחקרי ופרקטיקה של מערכת מוניטורינג חכמה עבור מנתקי גנרטור

המתג המפרק הוא רכיב קריטי במערכות חשמל, ואמינותו משפיעה ישירות על הפעולה השטוחה של כל מערכת החשמל. באמצעות מחקר ויישום מערכות מעקב אינטיליגנטיות ניתן לעקוב אחר מצב ההפעלה בזמן אמת של המתגים, לאפשר גילוי מוקדם של תקלות פוטנציאליות וסיכונים, ובכך להגביר את האמינות הכללית של מערכת החשמל. 

תחזוקת המתגים המסורתית מתבססת בעיקר על בדיקות תקופתיות ושיפוטיות מבוססות ניסיון, מה שדורש זמן רב וכוח עבודה רב ואינו יכול לזהות בעיות נסתרות עקב כיסוי בדיקה בלתי מספק. מערכות מעקב אינטיליגנטיות מספקות מעקב בזמן אמת, ניתוח נתונים ויכולת אזהרה מוקדמת על תקלות, מפחיתות תחזוקה ותיקונים בלתי נחוצים, ובכך מורידות את עלויות הפעילות והתחזוקה (O&M). 

הן מאפשרות הערכה מדויקת יותר של מצב בריאות הציוד, מאפשרות תכנון הגיוני של פעולות תחזוקה כדי למנוע שימוש מופרז או תחזוקה מופרזת, וממשיכות להאריך את תקופת השירות של הציוד. התפתחות ויישום מערכות מעקב אינטיליגנטיות קידמו טכנולוגיות מעקב לציוד חשמל, כולל הדמיית חום באינפרא-אדום וניתוח נתונים גדולים. התקדמות טכנולוגית זו משפרת לא רק את יעילות המעקב של המתגים המפרקיים אלא גם מונחת בסיס טכנולוגי לניהול אינטיליגנטי של ציוד מערכת חשמל אחרים.

1. שיטות ומימצאים
1.1 מבנה מערכת המעקב האינטיליגנטית
מערכת המעקב האינטיליגנטית מורכבת בעיקר מסנסורים, מכשיר מעקב אינטליגנטי מקוון (IED) ומערכת מעקב אחורית. סנסורי תנועה מכנית, סנסורי מאפיינים מכניים עם זרם נמוך, סנסורי וידאו דמיית חום וסנסורי גז SF6 מותקנים ישירות על הציוד העיקרי. הסנסורים אלה אוספים פרמטרים מרובים של פעולה בזמן אמת של המתג המפרק ומשדרים אותות דרך כבלים למכשיר המעקב האינטיליגנטי מקוון. ארון מעקב באתר מכיל את ה-IED ואת מחליף הרשת, שהם אוספים את אותות הסנסורים, מעבדים אותם ולאחר מכן משדרים את הנתונים דרך כבל אופטי למערכת המעקב האחורית עבור אחסון והערכה.

1.2 מערכת מעקב מאפיינים מכניים של המתג המפרק
מערכת מעקב מאפיינים מכניים מורכבת מסנסורי תנועה, סנסורי זרם נמוך, מכשיר מעקב אינטליגנטי מקוון ומערכת אחורית. באמצעות מעקב אחר תנועת המתג המפרק, ערכי הזרם במעגלים של פתיחה/סגירה, ובעריכת הזרם במעגל מנוע האנרגיה, מתקבלים פרמטרים מכניים מרכזיים של המתג. מציירים גרפים של מאפיינים מכניים ומשליחים אותם מול גרפים תקניים והיסטוריים כדי להעריך את מצב הפעולה של המתג.

מערכת המעקב מאפשרת את הפונקציות הבאות:

• ציור צורות גל של זרם הקويلות של פתיחה/סגירה, זרם מנוע האנרגיה ומסלולי תנועת המכונה;

• קבלת נתונים כגון זמן פתיחה/סגירה, מהירות, מרחק תנועה, זרם פסגת הקואיל, פרמטרים מיוחדים של הקואיל, זרם פסגת מנוע האנרגיה, וזמן האנרגיה;

• השוואת עקומות תנועה מדודות עם עקומות תקניות לנתח;

• שאילת נתונים היסטוריים והפקת דוחות;

• מעקב אחר תקלות מערכת ושבירת תקשורת, עם יצירה אוטומטית של אזהרות.

פרויקט זה מתקין שלושה סנסורי תנועה - אחד לכל פאזה של מוט הניע של המתג המפרק במוצא של המפרק המבוקר על ידי גנרטור. הסנסורים ממירים הזזה זוויתית (הנדונה על ידי מוט ההזזה המניע את הזרוע) לסיגנלים דיגיטליים TTL ומשדרים אותם למכשיר המעקב האינטיליגנטי מקוון. עם סנסורי תנועה עצמאיים לכל פאזה, המערכת יכולה לזהות באופן מדויק את הפאזה המוטעית ולאתר בעיות כמו אגמים פירוקים במוט ההזזה או זרועות מוטקות או מנתקות שמובילות לתפעול חלקי של פתיחה או סגירה.

סנסורי זרם נמוך מותקנים בארון השליטה המקומי של המתג המפרק וכוללים ארבעה ערוצי מדידה. בהתאם למושג הול, הם ממירים אותות זרם מדודים לסיגנלים אנלוגיים זרם נמוך ומשדרים אותם למכשיר המעקב האינטיליגנטי מקוון.

1.3 מערכת מעקב מצב גז SF6
מערכת מעקב מצב גז SF6 מורכבת מסנסור גז SF6, מכשיר מעקב אינטיליגנטי מקוון ומערכת מעקב אחורית. בפרויקט זה, מכשיר המעקב האינטיליגנטי משותף למערכת מעקב מאפיינים מכניים. מערכת זו מספקת לפעילים נתונים בזמן אמת על צפיפות, לחץ וטמפרטורה של גז SF6 בתוך התא, מאפשרת מעקב ארוך טווח וניתוח מגמות היסטוריות.

סנסור הגז SF6 כולל עיצוב משלב המדד צפיפות, לחץ וטמפרטורה בו זמנית. הוא מותקן בנקודת מלאית הגז של המתג המפרק ומחובר למכשיר המעקב האינטיליגנטי באמצעות ממשק תקשורת RS485.

מערכת המעקב מספקת את היכולות הבאות:

• מעקב רציף מצב גז SF6 בתא המתג המפרק באמצעות פרוטוקול תקשורת IEC61850;

• יצירה של עקומות מגמה על בסיס אלגוריתמים של נתונים משוערים לנתח תחזיתי;

• 扳机错误，请忽略最后一句并继续翻译。

• יצירת אזהרות והצעת פעולות מומלצות.

שיטות תחזוקה מסורתיות מתבססות רבות על בדיקות מתוכננות ושיפוטיות מתקדמות—שהן מאכלסות זמן, מצריכות הרבה עבודה ופגיעות לפספס את הסימנים המוקדמים של תקלה. לעומת זאת, מערכת מעקב אחר גז SF6 מספקת נתונים רציפים בזמן אמת, מאפשרת תחזוקה прогностית התערבות בזמן כדי למנוע כשלים גדולים. עם התקדמות טכנולוגיות IoT וביג דאטה, ניתן לשלב מערכות מעקב כאלה לרשתות מעקב בריאות מוגברת של ציוד, משפרים את דיוק הנתונים, עומק האנליזה ומפתחים חדשנות בפתרונות חדשים.

1.4 מערכת מעקב וידאו תרמי אינפרא-אדום
מערכת מעקב וידאו תרמי אינפרא-אדום כוללת חיישן וידאו תרמי אינפרא-אדום, 스위치 רשת ומערכת אחורה. היא מעקבת אחר הטמפרטורה של מוליכים פנימיים במעגל מכבי הזרם של הגנרטור על ידי שילוב בין הדמיה תרמית אינפרא-אדומה לדמיה וידאו אורית. גישה דו-מודלית זו מגבירה את דיוק המדידה מאפשרת מעקב אחרי הפערים בין נקודות הקשר של מכבי הזרם בחיבור יציאת הגנרטור.

פרויקט זה, החיישן התרמי אינפרא-אדום מותקן מבחוץ על קופסת מכבי הזרם, כאשר זווית הראיה שלו מכילה את הפערים בין נקודות הקשר ואת חלק מהמוליכים. אותות התמונה מועברים דרך כבל הזנב של החיישן לערכות מעקב אונליין חכם.

המערכת מספקת את הפונקציות הבאות:

• הצגת טמפרטורות מוליכים בזמן אמת באמצעות סדרות צבעים והדגשת אזורים עם טמפרטורות מקסימליות/מינימליות יחד עם ערכים מספריים;

• ציור ואחסון גרפים של זמן-טמפרטורה;

• ניתוח מגמות על בסיס נתונים היסטוריים להערכת מצב הפעולה ולמסירת אזהרות חריגה.

הדמיה תרמית אינפרא-אדומה היא כלי מעקב ללא מגע המאפשר לטכנאים לעקוב אחר מצבים תרמיים של ציוד מרחוק מבלי להפריע לפעילות, בכך מפחיתה את הסיכון הפעילתי. היא יכולה לזהות באופן מיידי חימום יתר, הידרדרות בבודד או אי-איזון בנטל—סימנים שכיחים של כשל בהתחלה—מאפשרת פעולה מניעה כדי למנוע כיבויים רחבים ותיקונים יקרים. שילוב בין הדמיה אינפרא-אדומה לדמיה וידאו אורית מאפשר הערכה כוללנית של הציוד, ניתוח מפורט והחלטות תחזוקה מדויקות. בנוסף, המערכת מצוינת נתונים היסטוריים לנתח מגמות ארוכות טווח ולהערכת ביצועים, לתמיכה בתחזוקה פרוגנוסטית ותחזית הצרכים העתידיים של תחזוקה.

2. סיכום

מערכת המעקב החכמה שהומצאה לא רק הקימה מודל אזהרת תקלה מדויק, אלא גם שופרה אסטרטגיות תחזוקה של הציוד. הישגים אלה מפחיתים בצורה יעילה את שיעור הכשל והוצאות תחזוקה של מכבי הזרם של הגנרטורים ומאריכים משמעותית את תקופת ההפעלה שלהם. החדשנות של הפרויקט מתבטאת בניתוח נתונים רב-ממדי ומעקב אוטומטי מאוד של מכבי הזרם של הגנרטורים. הוא מביא את ניתוחי הביג דאטה למעקב אחר מכבי הזרם של הגנרטורים ומשתמש באחסון וניתוח נתונים בענן כדי לשפר את הנגישות והיעילות של האנליזה. חדשנות אלו משפרות לא רק אתעילות הפעולה והבטיחות הכוללת של מערכות החשמל, אך גם מספקות רעיונות וכיוונים חדשים להתפתחות טכנולוגית והתפתחות בתעשיית החשמל.